2018-2019学年高中物理 第二章 恒定电流 2.1 电源和电流课件 新人教版选修3-1.ppt

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1、第二章恒定电流 1电源和电流,【自主预习】 1.电源：能把电路中的电子从_搬运到_的 装置。 2.电源作用： (1)维持电源两端有一定的_。 (2)使闭合电路中保持_的电流。,正极,负极,电势差,持续,3.恒定电场： (1)定义：由电路中稳定分布的_所产生的稳定 的电场。 (2)形成：当电路达到稳定时，导线中的电场是由 _、_等电路元件所积累的电荷共同形成的。 (3)特点：任何位置的_和_都不随 时间发生变化。,电荷,电源,导线,电荷分布,电场强度,4.恒定电流： (1)恒定电流：大小、方向都不随_变化的电流。 (2)电流。 定义：通过导体横截面的_与通过这些电荷量 所用_的比值。 表达式：I

2、=_。,时间,电荷量,时间,物理意义：表示电流的_程度。 单位：_，简称安，符号是A。常用的单位还 有：_、_。1 A=_mA=_A。 方向：规定_定向移动的方向为电流的方向。,强弱,安培,毫安(mA),微安(A),1 000,106,正电荷,【预习小测】 1.(多选)关于电源的作用，下列说法中正确的是() A.电源的作用是能为电路持续地提供自由电荷 B.电源的作用是使电路中的电荷发生定向移动 C.电源的作用就是能保持导体两端的电压，使电路中 有持续的电流 D.电源的作用就是使自由电荷运动起来,【解析】选B、C。电源的作用是保持导体两端的电压，在导体内建立恒定电场，导体内的自由电荷就会在电场力

3、作用下定向移动形成电流，则B、C正确，A、D错误。,2.某电解池中，若在2 s内各有1.01019个二价正离子和2.01019个一价负离子通过某截面，那么通过这个截面的电流是() A.0 B.0.8 A C.1.6 A D.3.2 A,【解析】选D。电流I= =3.2 A。故D对。,【补偿训练】 关于电流，下列说法中正确的是() A.导线内自由电子的定向移动速率等于电流的传导速率 B.电子定向运动的速率越大，电流越大,C.电流是一个矢量，其方向就是正电荷的定向移动方向 D.在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位,【解析】选D。导线内自由电子的定向移动速率，一般为10-5

4、m/s的数量级，电流的传导速率等于光速，故A错误；由电流微观表达式I=nqSv可知，电子定向运动的速率越大，电流不一定越大，故B错误；电流虽有方向，但是电流求和是代数求和，则电流为有方向的标量，故C错误；在国际单位制中，电流是一个基本物理量，其单位“安培”是基本单位，故D正确。,主题一电源的作用 【互动探究】 1.如图所示为分别带正、负电荷的A、B两个导体球，如果用一条导线将它们连接起来。,(1)A、B之间的电势差会发生什么变化？ 提示：A、B之间的电势差会减小。,(2)最后A、B两个导体球会达到什么状态？ 提示：最终A、B两个导体球会达到静电平衡状态。 (3)导线中能否出现电流？这个电流有什

5、么特点？ 提示：导线中会出现电流，电流只能是瞬时的。,2.在图甲中，为使水池A中的水源源不断地流向水池B中，可在A、B之间连接一台抽水机，将水池B中的水抽到水池A中，这样可保持A、B之间有一定的高度差，从而使水管中有源源不断的水流，如图乙。那么对上面的问题“1”中，若要在导体球A、B间的导线中保持一个稳定的电流可采取什么样的措施？,提示：可在A、B之间连接一个装置P， 如图所示。它能源源不断地把经过导 线流到A的电子取走，补充给B，使A、 B始终分别保持一定数量的正、负电荷， 这样，A、B周围空间(包括导线之中)始终存在一定的 电场；A、B之间始终维持着一定的电势差。由于存在 电势差，导线中的

6、自由电子就能不断地在静电力作用,下由B经过R向A定向移动，使电路中保持持续的电流。能把电子从A搬运到B的装置P就是电源，其作用类似于图乙中的抽水机。,3.由问题“2”可以得到什么结论？ 提示：电源可以使电子从电源正极移到负极，始终维持正负极一定的电势差。,【探究总结】 1.电源的作用： (1)从电荷移动的角度看：电源的作用就是搬运电荷，维持电源正、负极间有一定的电势差，从而保持电路中有持续电流。 (2)从能量转化的角度看：电源搬运电荷的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程。,2.电流形成的条件： (1)回路中存在自由电荷。 (2)导体两端有持续的电压。,【拓展延伸】形成电流的三种自由电荷 (

7、1)金属导电时定向移动的是自由电子。 (2)液体导电时定向移动的是正离子和负离子。 (3)气体导电时定向移动的电荷有自由电子、正离子和负离子。,【典例示范】 下列关于电源的说法中正确的是() A.电源的作用是在电源内部把电子由负极搬运到正极，保持两极之间有电压 B.电源把正、负电荷分开的过程是把其他形式的能转化为电能的过程,C.电荷的移动形成电流 D.只要电路中有电源，电路中就会形成持续电流,【解析】选B。在电源内部，电源把电子由正极搬运到负极，这一过程要克服静电力做功，将其他形式的能转化为电能，故A错B对。电荷的定向移动才形成电流，C错。电路中形成持续的电流，既要有电源又要保证电路是闭合通路

8、，两者缺一不可，故D错。,【探究训练】 (多选)下列关于电源的说法正确的是() A.电源是将其他形式的能转化为电能的装置 B.电源的作用是使电源的正负极之间维持一定的电势差,C.与电源相连的导线中的电场是由电源正、负极上的电荷形成的 D.在电源内部正电荷由负极流向正极，负电荷由正极流向负极,【解题指南】解答本题时应把握以下两点： (1)电源的作用。 (2)形成电流的条件。,【解析】选A、B、D。在电源内部由非静电力做功将正电荷由负极搬到正极，将负电荷由正极搬到负极，使正、负极维持一定的电势差；同时将其他形式的能转化为电能，故A、B、D正确。导线中的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形

9、成的，故C错。,【补偿训练】 如图所示，福娃欢欢带正电，福娃贝贝带负电，用导体棒连接的瞬间，就一系列问题两人发生争执，你认为下列说法不正确的是(),A.福娃欢欢说，电流计指针偏转，有瞬时电流 B.福娃贝贝说，电流计指针不偏转，无电流 C.福娃欢欢说，最终我们是等势体 D.福娃贝贝说，最终导体棒内的电场强度等于零,【解析】选B。带正电荷的福娃欢欢的电势高于带负电荷的福娃贝贝的电势，用导体棒连接的瞬间，电流计指针偏转，有瞬时电流，A正确、B错误；最终达到静电平衡，成为等势体，导体棒内的电场强度等于零，C、D正确。,主题二电流的微观表达式的理解 【互动探究】 如图所示，AD表示粗细均匀的一段长为l的

10、导体，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v，设导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q。,试结合上述情形，讨论下列问题： (1)导体内自由电荷的电量是多少？ 提示：导体内自由电荷总数为nSl，故自由电荷的总电量Q=nSlq。,(2)导体内所有自由电荷通过右侧截面需用多长时间？ 提示：电荷做匀速直线运动，所用时间t= 。,(3)请结合电流表达式I= ，根据(1)(2)问，推导导体内电流的表达式。 提示：,【探究总结】 1.电流的表达式： (1)微观表达式：Q=nV=nvtSq，I= =nvqS。这就是电流的微观表达式。从微观上看，电流取

11、决于导体中的自由电荷密度、电量定向移动速度、导体的横截面积。,(2)定义式：I= ，求出的是电流的平均值，q=It可求电量。电流是标量，虽有大小和方向，但不是矢量。,2.导体中有电流时应区分三种速率： (1)电场传播速率(或电流传导速率)：它等于光速，电路一旦接通，电源就以光速在电路中各处建立了电场，整个电路上的电子几乎同时受到电场力的作用做定向移动。平时一合上开关，用电器立即就有电流，就是这个原因。,(2)无规则热运动速率，其数量级约为105m/s。 (3)自由电荷定向移动速率，它与导体中的电流，截面积大小以及自由电荷的密度有关。电路中电子定向移动速率的数量级约为10-510-4m/s。,【

12、拓展延伸】两个公式的比较,【典例示范】 (2018延边高二检测)有一条横截面积为S的铜导线，通过的电流为I。已知铜的密度为，摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，电子的电量为e。若认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子，则铜导线中自由电子定向移动的速率可表示为(),【解析】选A。设铜导线中自由电子定向移动的速率为 v，导线中自由电子从一端定向移到另一端所用时间为 t。则导线的长度为l=vt，体积为V=Sl=Svt，质量为m=vtS，这段导线中自由电子的数目为n= 在t时间内这些电子都能通过下一截面，则电流I= ，代入解得I= ，解得电子定向移动的 速率v= ，故选项A正确。,【探究训练】 1.(2

13、018渭南高二检测)下列说法中正确的是() A.通电导线中的自由电子定向移动的速率等于电流传导速率 B.通电导线中电流传导的速率与电场传播的速率是相等的，为3108m/s,C.金属导线中电子运动速率越大，导线中的电流就越大 D.金属导线中电荷量越大，导线中电流就越大,【解析】选B。自由电子定向移动的速率小于电流的传 导速率，电流的传导速率为光速，故A错误；通电导线 中电流传导的速率与电场传播的速率是相等的，为 3108m/s，故B正确；I=neSv，可知v是电子定向移动 的速率，但不是电子运动的速率，且还与n、S有关， 故C错误；电流是一个基本物理量，I= 中的电量q是 通过某横截面的电量，不

14、是导体中的电荷量，故D错误。,2.(多选)横截面积为S的导线中通有电流I，已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间t内通过导线横截面的电子数是() A.nSvtB.nvtC. D.,【解析】选A、C。根据电流的定义式可知，在t内通 过导线横截面的电荷量q=It。所以在这段时间内通 过的自由电子数为N= 。由于自由电子定向移动 的速率是v，因此在时间t内，位于以截面S为底，长 为l=vt的这段导线内的自由电子都能通过截面。这 段导线的体积V=Sl=Svt，所以t内通过截面S的自 由电子数N=nV=nSvt。综上可知，选项A、C正确。,3.

15、如图所示，某电解质溶液中，某电解槽横截面MN的面积为0.5m2，若在10 s内沿相反方向通过横截面MN的正、负离子的电荷量均为10C，则电流表的示数为多少？电流的方向如何？,【解题指南】解答本题应把握以下两点： (1)计算电流的大小时电荷量应为正、负电荷量的绝对值之和。 (2)判断电流方向时依据正电荷定向移动的方向。,【解析】正、负离子的电荷量均为10C，则10 s内通 过横截面的总电荷量为q=20C，由电流的定义式得I= =2 A，即电流表的示数为2A，电流的方向与 正离子移动方向相同。 答案：2A方向与正离子移动方向相同,【补偿训练】 1.如图所示，在NaCl溶液中，正、负电荷定向移动，其

16、中Na+水平向右移动。若测得4 s内分别有1.01018个Na+和Cl-通过溶液内部的横截面M，那么溶液中的电流方向和大小为(),A.水平向左0.8 A B.水平向右0.08 A C.水平向左0.4 A D.水平向右0.04 A,【解析】选B。4 s内通过M的电量应为正负离子电量 的绝对值之和，所以q=21.010181.610-19C= 0.32 C，因此I= =0.08 A，方向为正电荷移动的方 向，即水平向右，故选B。,2.铜的摩尔质量为m，密度为，每摩尔铜原子有n个自由电子，今有一根横截面为S的铜导线，当通过的电流为I时，电子平均定向移动速率为() A.光速c,【解析】选D。假设电子定

17、向移动的速率为v，那么在t 时间内通过导体横截面的自由电子数相当于在体积 vtS中的自由电子数，而体积为vtS的铜的质量为 vtS，摩尔数为 ，所以电量q= ，I= 于是得：v= ，故选D。,3.已知电子的电荷量为e，质量为m。氢原子的电子在原子核的静电力吸引下做半径为r的匀速圆周运动，则电子运动形成的等效电流大小为多少？已知静电力常量为k。,【解析】截取电子运动轨道的任一截面，在电子运动 一周的时间T内，通过这个横截面的电荷量q=e，则有 I= 。由库仑力提供向心力，有 ，得 T= 。由以上两式得I= 。 答案：,【通法悟道】应用公式I= 解题的三个注意点 (1)公式I= 中，q是通过横截面的电荷量，而不是通过单位面积的电荷量。,(2)当导体中有正、负电荷同时向相反的方向定向移动形成电流时，公式中的q应为通过导体横截面的正、负两种电荷电荷量绝对值之和。 (3)横截面的选取是任意的，电流的大小与横截面无关。,【课堂小结】,